Задание EF17610 • СПАДИЛО

Ученик провёл опыт по преломлению монохроматического света, представленный на фотографии.

Затем вся установка была помещена в воду. Как изменятся частота световой волны, длина волны, падающей на стекло, и угол преломления?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждого ответа. Цифры в ответе могут повторяться.

📜Теория для решения: Отражение и преломление света. Законы геометрической оптики.

Посмотреть решение

Алгоритм решения

1.Описать эксперимент, проведенный учеником.

2.Установить, как изменяется частота световой волны при перемещении установки из воздуха в воду.

3.Установить, как при этом изменяется длина световой волны.

4.Установить, как при этом изменяется угол преломления.

Решение

Ученик направил луч монохроматического света на стекло под углом 30 градусов к нормали. При этом луч вышел под углом 20 градусов. Это говорит о том, что свет из менее плотной оптической среды попал в более плотную.

Частота световой волны — характеристика, не зависящая от условий распространения этой волны. Поэтому при перемещении установки из воздуха в воду частота останется прежней.

Чтобы установить, как меняется длина световой волны и угол преломления. Нужно рассчитать изменение показателя преломления света. Относительный показатель преломления в первом и втором опыте будет соответственно равен:

$\frac{sin . α}{sin . β} = n_{в о з д у х - с т е к л о}$

$\frac{sin . α}{sin . γ} = n_{в о д а - с т е к л о}$

Относительные показатели преломления можем выразить через абсолютные:

$n_{в о з д у х - с т е к л о} = \frac{n_{с т е к л о}}{n_{в о з д у х}}$

$n_{в о д а - с т е к л о} = \frac{n_{с т е к л о}}{n_{в о д а}}$

Абсолютный показатель преломления — табличная величина. Мы возьмем приблизительный значения: для воздуха — 1, для воды — 1,33, для стекла — 1,5. В действительности абсолютный показатель преломления стекла может составлять от 1,43 до 2,17. Но это не столь важно, поскольку важно лишь то, что он в любом случае больше абсолютного показателя преломления воды.

Получим:

$n_{в о з д у х - с т е к л о} = \frac{1, 5}{1} = 1, 5$

$n_{в о д а - с т е к л о} = \frac{1, 5}{1, 33} \approx 1, 3$

Видно, что при перемещении из воздуха показатель преломления уменьшился. Тогда:

$\frac{sin . α}{sin . γ} = 1, 3$

Так как числитель в левой части уравнения остался прежним, а число в правой части уменьшилось, то синус угла преломления увеличился. Поскольку синус угла находится в прямой зависимости от величины угла, то и угол преломления увеличился.

Длина волны определяется формулой:

$λ = \frac{v}{ν}$

Учтем, что скорость распространения света в более плотной среде уменьшается. Если скорость уменьшилась, то длина воды тоже уменьшилась, поскольку между ними существует прямо пропорциональная зависимость.

Ответ: 321

Текст: Алиса Никитина, 1.1k 👀